專利名稱：利用均壓彈簧為探測器的gis局部放電監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監(jiān)測裝置及方法。
背景技術(shù)：
迄今為止，國內(nèi)外用于GIS局部放電監(jiān)測的方法有很多。主要分為電測法和非電測法兩大類，電測法主要包括脈沖電流法和超高頻法，非電測法主要包括聲波測試法、化學(xué)測試法、光學(xué)測試法。其中電測法的脈沖電流法主要應(yīng)用于GIS出廠測試及實(shí)驗(yàn)室測試環(huán)境中，不適合在線式現(xiàn)場應(yīng)用；超高頻法是在線式局放測試的主要測試方法，目前包括內(nèi)置 式傳感器及外置式傳感器方式。非電測法的聲測法是超聲帯電測試的方式，主要是帶電測試為主，不適合在線式測量；光測法是指X射線成像法，但是被SF6氣體和玻璃的強(qiáng)烈吸收，測試不能精確的定位，所以不能應(yīng)用于在線監(jiān)測，但是對于已知的缺陷測試比較合適；化學(xué)監(jiān)測法是指用通過分析GIS中局放所引起的氣體生成物的含量來確定絕緣裂化的程度，在此過程中，使用各種化學(xué)試劑和斷路器的開合時候電弧的對分析結(jié)果較大，也不能作為長期的在線監(jiān)測方法。對適合在線監(jiān)測的超高頻方式兩種提取信號的方式，外置傳感器式和內(nèi)置傳感器式，也都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)外置式傳感器安裝比較方便，無論是已經(jīng)掛網(wǎng)運(yùn)行的還是出廠新GIS都能方便的安裝，缺點(diǎn)是信號通過盆式絕緣子的透射衰減較大，對信號的靈敏度耦合能力業(yè)界存在質(zhì)疑，另外空氣中的各種高頻電磁波的干擾較大，對于帶有金屬外殼的盆式絕緣子則沒有辦法安裝；內(nèi)置式傳感器的方式主要是通過在新設(shè)計(jì)GIS時，就留出傳感器的安裝位置，優(yōu)點(diǎn)是耦合局放信號的靈敏度較高，缺點(diǎn)是必須是新出廠的GIS設(shè)備才能安裝，對已經(jīng)運(yùn)行的則無法安裝，另外內(nèi)置式傳感器在一定程度上影響GIS本身的絕緣程度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有測量技術(shù)上的不足，本發(fā)明的目的在于提供ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監(jiān)測裝置及方法，利用大多數(shù)GIS盆式絕緣子中的均壓彈簧作為信號提取的傳感器，再加上特殊的硬件處理和軟件處理過程，實(shí)現(xiàn)對GIS局放在線監(jiān)測，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為直接利用彈簧測試，不會對GIS產(chǎn)生任何影響，而且能利用多個彈簧同時測試達(dá)到故障定位的效果，根據(jù)均壓彈簧本身特性，其頻帶覆蓋到HF、VHF、UHF各個頻段，測試選擇比較多，根據(jù)現(xiàn)場干擾情況隨時調(diào)節(jié)測試頻帶范圍，具有在不影響一次設(shè)備運(yùn)行的情況下，達(dá)到了在線式監(jiān)測局放的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監(jiān)測裝置，包括內(nèi)置于GIS盆式絕緣子15內(nèi)的均壓彈簧1，均壓彈簧I的一端與信號傳輸線2連接，另一端保持開路狀態(tài)，信號傳輸線2的另一端連接保護(hù)單元3的信號輸入口 ；保護(hù)單元3的另ー輸入口用高頻電纜11連接內(nèi)置傳感器10信號輸出接ロ，保護(hù)單元3的輸出ロ通過同軸電纜線4連接到調(diào)理單元5的輸入口 ；調(diào)理單元5的輸入口通過信號線6連接采集單元7的輸入口，采集單元7的輸出口通過數(shù)據(jù)線8連接到測試主機(jī)9的輸入口，從測試主機(jī)9的輸出口連出的控制I/O線12連接到采集單元7和調(diào)理單元5的控制端ロ。一種基于上述裝置的GIS局部放電監(jiān)測方法，包括以下步驟第一，將GIS設(shè)備17 —端用絕緣密封蓋18密封住，另一端透過絕緣密封蓋18在母線導(dǎo)體16上加高壓，在GIS設(shè)備17封閉的內(nèi)部充有FS6氣體13，其中盆式絕緣子15內(nèi)部的均壓彈簧I距離絕緣缺陷14為I米，內(nèi)置傳感器10距離絕緣缺陷14為I米；第二，內(nèi)置傳感器10通過高頻電纜11連接到GIS局放檢測設(shè)備保護(hù)単元3的信號輸入ロ，同時把均壓彈簧I的一端開路，另一端通過信號傳輸線2連接到GIS局放檢測設(shè)備保護(hù)単元3的另ー個信號輸入口，選用的GIS局放檢測設(shè)備必須有雙通道同時采集的能力； 第三，打開GIS局放檢測設(shè)備的測試主機(jī)9內(nèi)的系統(tǒng)軟件，啟動主程序中的單周期采集程序，并且兩個通道信號在時域上顯示原始波形，以便對比兩個通道的放電信號的時域脈沖波形；第四，給GIS設(shè)備17內(nèi)的母線導(dǎo)體16上加高壓，使缺陷14處產(chǎn)生明顯的放電信號，啟動測試主機(jī)9內(nèi)的單周期采集命令，使采集時間為20ms，采樣率為lOOMS/s，得到單周期20ms內(nèi)的時域波形，再次單周期采集，在時間軸上選擇放電幅值最大的脈沖，在時間軸上拉開，使兩路信號在選擇時間長度上一致，以便清楚對比在同一個時間點(diǎn)上放電脈沖的幅值大小，脈沖幅值越大表示對放電耦合能力越強(qiáng)，通過兩個通道在時域上的兩脈沖的時間差，通過軟件計(jì)算，可以初步起到定位作用，即確定測試點(diǎn)距離放電源位置的遠(yuǎn)近；第五，啟動主程序中的50エ頻周期測試程序，使兩個通道分別完成50個エ頻周期采集與分析，得到各自最終測量的放電譜圖，對比兩個通道的放電譜圖，來進(jìn)ー步驗(yàn)證均壓彈簧I和內(nèi)置傳感器10分別所耦合的放電信號的連續(xù)性、有效性及準(zhǔn)確性。由于本發(fā)明采用GIS設(shè)備中盆式絕緣內(nèi)的自帶均壓彈簧I作為局放信號的傳感器使用，所以要對彈簧本身的性能做性能分析，查看彈簧是否符合，局放探測器的幾個重要參數(shù)要求頻帶要求，駐波比要求，輻射方向要求，帶內(nèi)增益要求，輸入阻抗要求等。根據(jù)彈簧尺寸、形狀及應(yīng)用的環(huán)境，用專業(yè)的天線仿真軟件HFSS做仿真結(jié)果所示彈簧頻帶500MHz到I. 5GMHz，如圖2所示，帶內(nèi)駐波比Z〈3如圖2所示，輻射方向垂直于彈簧繞線方向如圖4所示，帶內(nèi)增益_3dB如圖3所示，帶內(nèi)輸入阻抗為150歐，證明均壓彈簧作為局放探測器是可以耦合到局放信號，但是需要加匹配阻抗轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明匹配轉(zhuǎn)換器含在保護(hù)單元3中。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明方法彈簧仿真的駐波比圖。圖3為本發(fā)明方法彈簧仿真的増益圖。圖4為本發(fā)明方法在彈簧仿真的輻射方向圖。圖5為本發(fā)明測試方法實(shí)驗(yàn)室測試驗(yàn)證過程結(jié)構(gòu)圖。圖6為本發(fā)明內(nèi)置傳感器通道信號和均壓彈簧通道信號對比示意圖。圖7為本發(fā)明同一個時間點(diǎn)內(nèi)置傳感器通道信號和均壓彈簧通道信號對比示意圖。圖8為內(nèi)置傳感器測試統(tǒng)計(jì)譜圖。圖9為均壓彈簧測試得出的統(tǒng)計(jì)譜圖。圖10為系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。參見圖1、2，ー種GIS局部放電在線監(jiān)測方法，是利用GIS中盆式絕緣子內(nèi)的均壓彈簧作為局放探測器使用，測試局放信號，并與內(nèi)置傳感器做個比較，驗(yàn)證這種方法的可行性。另外在現(xiàn)場測試時，遇到對局放源不確定的情況下，也可用此方法測試進(jìn)行驗(yàn)證，并且與內(nèi)置傳感器做對比分析，進(jìn)ー步驗(yàn)證GIS內(nèi)部是否存在缺陷，并進(jìn)一步確認(rèn)缺陷的程度。具體驗(yàn)證過程包括以下步驟實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證過程ー種利用GIS中盆式絕緣子中的彈簧作為局放探測器與GIS內(nèi)置傳感器的對比測試確定GIS內(nèi)部故障的方法，實(shí)驗(yàn)中的GIS局放檢測設(shè)備是由保護(hù)單元3、調(diào)理單元5、采集単元7、測試主機(jī)9及各個模塊的信號連接線組成，具體參照圖1，ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監(jiān)測裝置，包括內(nèi)置于GIS盆式絕緣子15內(nèi)的均壓彈簧I，均壓彈簧I的一端與信號傳輸線2連接，另一端保持開路狀態(tài)，信號傳輸線2的另一端連接保護(hù)單元3的信號輸入口 ；保護(hù)單元3的另ー輸入口用高頻電纜11連接內(nèi)置傳感器10信號輸出接ロ，保護(hù)單元3的輸出ロ通過同軸電纜線4連接到調(diào)理單元5的輸入口 ；調(diào)理單元5的輸入口通過信號線6連接采集單元7的輸入口，采集單元7的輸出ロ通過數(shù)據(jù)線8連接到測試主機(jī)9的輸入ロ，從測試主機(jī)9的輸出ロ連出的控制I/O線12到采集單元7和調(diào)理單元5控制端ロ。如圖5、圖10所示，一種基于上述裝置的GIS局部放電監(jiān)測方法，包括以下步驟第一，將GIS設(shè)備17 —端用絕緣密封蓋18密封住，另一端透過絕緣密封蓋18在母線導(dǎo)體16上加高壓，在GIS設(shè)備17封閉的內(nèi)部充有FS6氣體13，其中盆式絕緣子15內(nèi)部的均壓彈簧I距離絕緣缺陷14為I米，內(nèi)置傳感器10距離絕緣缺陷14為I米；第二，內(nèi)置傳感器10通過高頻電纜11連接到GIS局放檢測設(shè)備保護(hù)単元3的信號輸入ロ，如圖5所示，同時把均壓彈簧I的一端開路，另一端通過信號傳輸線2連接到GIS局放檢測設(shè)備保護(hù)単元3的另ー個信號輸入口，選用的GIS局放檢測設(shè)備必須有雙通道同時米集的能力；
第三，如圖6所示，打開GIS局放檢測設(shè)備的測試主機(jī)9內(nèi)的系統(tǒng)軟件，啟動主程序中單周期采集程序，并且兩個通道信號在時域上顯示原始波形，以便對比兩個通道的放電信號的時域脈沖波形。第四，給GIS設(shè)備17內(nèi)的母線導(dǎo)體16上加高壓，使絕緣缺陷14處產(chǎn)生明顯的放電信號，啟動測試主機(jī)9內(nèi)的單周期采集命令，使采集時間為20ms，采樣率為lOOMS/s，得到單周期20ms內(nèi)的時域波形，如圖6所示，方便對比兩個通道在一個エ頻周期內(nèi)的放電脈沖幅值大小，從圖6上可以清楚看到內(nèi)置傳感器信號幅值為IOmV左右，而均壓彈簧通道信號為35mV左右。再次單周期采集，在時間軸上選擇放電幅值最大的脈沖，在時間軸上拉開，使兩路信號在選擇時間長度上一致，以便清楚對比在同一個時間點(diǎn)上放電脈沖的幅值大小，從圖7上可以清楚看到內(nèi)置傳感器信號幅值為20mV左右，而均壓彈簧通道信號為IlOmV左右。脈沖幅值越大表示對放電耦合能力越強(qiáng)，以此說明本發(fā)明的測試方法比內(nèi)置傳感器對放電信號耦合能力強(qiáng)，而且通過兩個通道在時域上的兩脈沖的時間差，通過軟件計(jì)算，可以初歩起到定位作用，即確定測試點(diǎn)距離放電源位置的遠(yuǎn)近。第五，啟動主程序中的50エ頻周期測試程序，使兩個通道分別完成50個エ頻周期采集與分析，得到各自最終測量的放電譜圖，圖8為內(nèi)置傳感器測試統(tǒng)計(jì)譜圖，圖9為均壓彈簧測試得出的統(tǒng)計(jì)譜圖，對比兩個通道的放電譜圖，來進(jìn)ー步驗(yàn)證均壓彈簧I和內(nèi)置傳感器10分別所耦合的放電信號的連續(xù)性、有效性及準(zhǔn)確性。本發(fā)明測試結(jié)果表明從單周期數(shù)據(jù)來看，本發(fā)明能有效的耦合到放電脈沖，且幅值大于內(nèi)置傳感器耦合到的放電脈沖幅值，說明利用均壓彈簧作為局放探測器性能好于內(nèi)置傳感器性能，是可以加以應(yīng)用。從兩路信號的統(tǒng)計(jì)放電譜圖來看，均壓彈簧為探測器通道放電量10. lpC，放電次數(shù)161次，放電相位集中在-340°到60。之間及160。到220。放電 集中度在整個エ頻相位非常明顯；內(nèi)置傳感器通道的放電譜圖，放電幅值11. 3，放電次數(shù)175，放電相位集中在100°到160。之間和270°到340。之間，放電集中度在整個エ頻相位非常明顯，對比兩路放電信號的統(tǒng)計(jì)譜圖可以看出，都能對信號有效的耦合，能準(zhǔn)確的描繪出放電統(tǒng)計(jì)量。圖中1為均壓彈簧；2為信號傳輸線；3為保護(hù)単元；4為同軸電纜線；5為調(diào)理單元；6為信號線；7為采集單元；8為數(shù)據(jù)線；9為測試主機(jī)；10為內(nèi)置傳感器；11為高頻電纜；12為控制I/O線；13為FS6氣體；14為缺陷；15為盆式絕緣子；16為母線導(dǎo)體；17為GIS設(shè)備；18為絕緣密封蓋。
權(quán)利要求
1.ー種利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監(jiān)測裝置，其特征在于，包括內(nèi)置于GIS盆式絕緣子(15)內(nèi)的均壓彈簧(I )，均壓彈簧(I)的一端與信號傳輸線(2)連接，另一端保持開路狀態(tài)，信號傳輸線(2)的另一端連接保護(hù)單元(3)的信號輸入口 ；保護(hù)單元(3)的另ー輸入口用高頻電纜(11)連接內(nèi)置傳感器(10)信號輸出接ロ，保護(hù)單元(3)的輸出口通過同軸電纜線(4)連接到調(diào)理單元(5)的輸入口 ；調(diào)理單元(5)的輸入口通過信號線(6)連接采集單元(7 )的輸入ロ，采集單元(7 )的輸出口通過數(shù)據(jù)線(8 )連接到測試主機(jī)(9 )的輸入ロ，從測試主機(jī)(9)的輸出ロ連出的控制I/O線(12)連接到采集單元(7)和調(diào)理單元(5)的控制端ロ。
2.ー種基于權(quán)利要求I所述裝置的GIS局部放電監(jiān)測方法，包括以下步驟 第一，將GIS設(shè)備(17) —端用絕緣密封蓋(18)密封住，另一端透過絕緣密封蓋(18)在母線導(dǎo)體(16)上加高壓，在GIS設(shè)備(17)封閉的內(nèi)部充有FS6氣體(13)，其中盆式絕緣子(15)內(nèi)部的均壓彈簧(I)距離絕緣缺陷(14)為I米，內(nèi)置傳感器(10)距離絕緣缺陷(14)為I米； 第二，內(nèi)置傳感器(10)通過高頻電纜(11)連接到GIS局放檢測設(shè)備保護(hù)単元(3)的信號輸入口，同時把均壓彈簧I的一端開路，另一端通過信號傳輸線(2)連接到GIS局放檢測設(shè)備保護(hù)單元(3)的另ー個信號輸入口，選用的GIS局放檢測設(shè)備必須有雙通道同時采集的能力； 第三，打開GIS局放檢測設(shè)備的測試主機(jī)9內(nèi)的系統(tǒng)軟件，啟動主程序中的單周期采集程序，并且兩個通道信號在時域上顯示原始波形，以便對比兩個通道的放電信號的時域脈沖波形； 第四，給實(shí)驗(yàn)GIS設(shè)備(17)內(nèi)的母線導(dǎo)體(16)上加高壓，使缺陷(14)處產(chǎn)生明顯的放電信號，啟動測試主機(jī)(9)內(nèi)的單周期采集命令，使采集時間為20ms，采樣率為lOOMS/s，得到單周期20ms內(nèi)的時域波形，再次單周期采集，在時間軸上選擇放電幅值最大的脈沖，在時間軸上拉開，使兩路信號在選擇時間長度上一致，以便清楚對比在同一個時間點(diǎn)上放電脈沖的幅值大小，脈沖幅值越大表示對放電耦合能力越強(qiáng)，通過兩個通道在時域上的兩脈沖的時間差，通過軟件計(jì)算，可以初步起到定位作用，即確定測試點(diǎn)距離放電源位置的遠(yuǎn)近； 第五，啟動主程序中的50エ頻周期測試程序，使兩個通道分別完成50個エ頻周期采集與分析，得到各自最終測量的放電譜圖，對比兩個通道的放電譜圖，來進(jìn)ー步驗(yàn)證均壓彈簧(I)和內(nèi)置傳感器(10)分別所耦合的放電信號的連續(xù)性、有效性及準(zhǔn)確性。
全文摘要
利用均壓彈簧為探測器的GIS局部放電監(jiān)測裝置及方法，利用大多數(shù)GIS盆式絕緣子中的均壓彈簧作為信號提取的傳感器，再加上硬件處理和軟件處理過程，實(shí)現(xiàn)對GIS局放在線監(jiān)測，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為直接利用彈簧測試，不會對GIS產(chǎn)生任何影響，而且能利用多個彈簧同時測試達(dá)到故障定位的效果。根據(jù)均壓彈簧本身特性，其頻帶覆蓋到HF、VHF、UHF各個頻段，測試選擇比較多，根據(jù)現(xiàn)場干擾情況隨時調(diào)節(jié)測試頻帶范圍，具有在不影響一次設(shè)備運(yùn)行的情況下，并能達(dá)到了在線式監(jiān)測局放電目的。
文檔編號G01R31/12GK102866329SQ201210323620
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者李高峰, 張旭, 王長安 申請人:西安博源電氣有限公司